Multicoating verwijst naar het aanbrengen van meerdere , zeer dunne lagen optisch materiaal op het oppervlak van lenzen. Deze coatings zijn voornamelijk bedoeld om reflecties te verminderen, de lichttransmissie te verhogen en het contrast, de kleurechtheid en de beeldscherpte te verbeteren.
Meerlaagse coatings worden gebruikt in richtkijkers, verrekijkers, telescopen, afstandmeters, collimatoren en optische apparaten voor observatie. Vergelijkbare coatings, maar ontworpen voor verschillende golflengten, worden ook aangebracht op de germaniumlenzen van warmtebeeldcamera's.
Er bestaat geen universele meerlaagse coating. Het aantal lagen, de materialen, de dikte en de afzettingsmethode worden gekozen op basis van het glas, het oppervlak, het spectrale bereik en de vereiste prestaties.
Waarom een lens zonder coating licht reflecteert
Wanneer licht van lucht naar glas gaat, dringt een deel ervan door het oppervlak heen, terwijl een ander deel wordt gereflecteerd. Bij gewoon, ongecoat optisch glas kan het verlies ongeveer 4% per oppervlakte-eenheid lucht-glas bedragen , hoewel deze waarde varieert met de brekingsindex en de invalshoek.
Een enkele lens heeft twee oppervlakken. Een telescoop of verrekijker bevat talloze elementen en kan daarom veel oppervlakken hebben waar licht doorheen gaat. Als geen van deze oppervlakken gecoat zou zijn, zouden de verliezen zich opstapelen en zou een aanzienlijk deel van het licht het oog niet bereiken.
Interne reflecties kunnen ook het volgende genereren:
- contrastvermindering;
- spookbeelden;
- halo's rond lichtbronnen;
- schittering;
- verlies van detail in schaduwen;
- chromatische dominanten;
- Verminderde leesbaarheid van het doel bij tegenlicht.
Hoe een antireflectiebehandeling werkt
Een antireflectiecoating bestaat uit transparante lagen met een brekingsindex die verschilt van die van glas. Elke laag is extreem dun, vergelijkbaar met de golflengte van licht.
De golven die door de verschillende grensvlakken worden weerkaatst, kunnen destructief met elkaar interfereren. Hierdoor worden sommige reflecties opgeheven en gaat er meer licht door de lens.
Een coating met één laag kan zeer effectief zijn bij een specifieke golflengte, maar minder effectief over de rest van het zichtbare spectrum. Door meerdere lagen met verschillende brekingsindices en diktes aan te brengen, kan het antireflectie-effect over een breder spectrum worden uitgebreid.
Wat betekent meerlaagse coating?
In commercieel jargon betekent multicoating meestal dat ten minste één optisch oppervlak is behandeld met meerdere antireflectielagen . De definitie alleen geeft echter niet aan hoeveel oppervlakken zijn gecoat.
De meest voorkomende termen zijn:
- bekleed: ten minste één oppervlak is voorzien van een antireflecterende coating;
- Volledig gecoat: Alle lucht-glasoppervlakken worden behandeld, doorgaans met een enkele laag;
- Meervoudig gecoat: minstens één oppervlak heeft een meerlaagse behandeling;
- Volledig meerlaags gecoat: Alle lucht-glasoppervlakken zijn normaal gesproken voorzien van meerdere coatings.
Deze termen zijn commerciële conventies en beschrijven de kwaliteit van het systeem niet volledig. Twee lenzen die als volledig multi-gecoat worden aangeprezen, kunnen gebruikmaken van zeer verschillende materialen, processen en ontwerpen.
Structuur van een meerlaagse coating
Een meerlaagse coating kan bestaan uit een paar lagen of talrijke overlappende afzettingen. Elk materiaal wordt gekozen op basis van de brekingsindex, transparantie en compatibiliteit met het substraat.
Een meerlaags project moet het volgende beheersen:
- reflectie bij verschillende golflengten;
- algehele transmissie;
- kleurneutraliteit;
- gedrag bij verschillende invalshoeken;
- hechting aan glas;
- vochtbestendigheid;
- thermische stabiliteit;
- mechanische duurzaamheid.
Het aantal lagen mag niet op zichzelf worden beschouwd. Een slecht ontworpen of aangebrachte coating met een groot aantal lagen kan slechter presteren dan een eenvoudiger, goed geoptimaliseerd systeem.
Vacuümdepositie
Coatings worden doorgaans aangebracht in vacuümkamers. Het materiaal wordt verdampt of omgezet in energierijke deeltjes die zich op de lens afzetten en extreem dunne films vormen.
Mogelijke technologieën zijn onder andere:
- thermische verdamping;
- elektronenbundelverdamping;
- sputteren;
- ionenondersteunde afzetting;
- plasmaprocessen;
- Eigen technologieën ontwikkeld door fabrikanten.
Geassisteerde depositie maakt compacte, uniforme en goed hechtende lagen mogelijk. Dikte en samenstelling moeten zeer nauwkeurig worden gecontroleerd, aangezien zelfs minimale variaties de optische respons kunnen beïnvloeden.
Lichtdoorlaatbaarheid
De transmissie geeft het percentage licht aan dat door het systeem heen gaat. Het is belangrijk om onderscheid te maken tussen:
- transmissie via één oppervlak;
- transmissie van een lens;
- transmissie van het gehele instrument;
- transmissie bij een bepaalde golflengte;
- gemiddelde transmissie over het gehele zichtbare spectrum.
Een zeer hoog percentage op één oppervlak geeft niet automatisch de algehele prestatie van de richtkijker weer. Licht moet door alle lenzen, eventuele prisma's, het dradenkruis en andere systeemelementen heen.
Om twee lenzen te vergelijken, is het noodzakelijk te controleren of de opgegeven waarden zijn verkregen met behulp van gelijkwaardige criteria.
Contrast- en reflectiereductie
Het voordeel van meerlaagse coating is niet alleen een verhoogde helderheid. Door strooilicht te verminderen, kan de behandeling het contrast verbeteren en fijne details beter leesbaar maken.
Dit effect is bijzonder belangrijk:
- bij zonsopgang en zonsondergang;
- bij observatie tegen het licht in;
- in het bos met afwisselende lichte en schaduwrijke plekken;
- met de zon laag aan de horizon;
- wanneer er reflecties op het water of de sneeuw zijn;
- bij het observeren van wilde dieren met een vacht die niet erg contrasteert met de achtergrond.
Een lens met een hoge lichttransmissie maar een slechte beheersing van strooilicht kan een helder maar dof beeld opleveren. De kwaliteit hangt daarom af van de balans tussen lichttransmissie, contrast, aberratiecorrectie en interne reflectiebeheersing.
Kleurgetrouwheid
Een bewerking moet de verschillende componenten van het zichtbare spectrum op een evenwichtige manier weergeven. Als sommige golflengten meer worden verzwakt dan andere, kan het beeld een gele, groene, blauwe of roodachtige tint krijgen.
In sommige systemen is het transmissieprofiel bewust geoptimaliseerd om het contrast onder bepaalde omstandigheden te verhogen. Dit betekent niet noodzakelijkerwijs dat de kleuren perfect neutraal zijn.
Kleurnauwkeurigheid is met name belangrijk bij spotting scopes, terwijl bij een richtkijker voor een geweer het vermogen om het doel snel van de achtergrond te onderscheiden een prioriteit kan zijn.
De kleur van de reflecties op de lens
Lenzen met een meerlaagse coating kunnen groene, blauwe, paarse, amberkleurige of roodachtige reflecties vertonen. Dit is het deel van het licht dat door de coating wordt weerkaatst.
De zichtbare kleur geeft ons geen uitsluitsel:
- hoeveel lagen zijn er aanwezig?
- hoeveel licht er wordt doorgelaten;
- of alle oppervlakken behandeld zijn;
- de weerstand van de coating;
- de algehele kwaliteit van de optiek.
Een zeer intense en opvallende reflectie betekent niet per se dat de prestaties superieur zijn. Effectieve behandeling kan relatief zwakke reflecties opleveren die variëren afhankelijk van de kijkhoek.
Meerlaagse coating in richtkijkers
Bij een richtkijker omvat de meerlaagse coating de objectieflenselementen, de vergrotingsgroep, de interne lenzen en het oculair. De kwaliteit van de coating draagt bij aan het behoud van contrast en leesbaarheid van het dradenkruis, zelfs bij moeilijke lichtomstandigheden.
De algehele prestatie hangt ook af van:
- lensdiameter;
- uittredepupil;
- geselecteerde vergroting;
- glaskwaliteit;
- aberratiecorrectie;
- interne diafragma's;
- zwart worden van oppervlakken;
- buisgeometrie;
- roosterkwaliteit.
Een uitstekende lens kan een slechte antireflectiecoating niet volledig compenseren, net zoals een uitstekende meerlaagse coating een slecht optisch ontwerp niet kan corrigeren.
Meerlaagse coating in verrekijkers
Verrekijkers bevatten talloze optische oppervlakken en kunnen enorm baat hebben bij een uitgebreide coating. Naast de lenzen moet ook rekening worden gehouden met de prisma's.
Bij modellen met dakprisma's kunnen verschillende coatings aanwezig zijn:
- antireflecterende behandelingen: verhoogde transmissie op lucht-glasoppervlakken;
- fasecorrectie: Verbetert het contrast en de resolutie door de faseverschuivingen te compenseren die door het prisma worden veroorzaakt;
- reflecterende coatings: Ze verhogen de efficiëntie van oppervlakken die licht moeten reflecteren;
- diëlektrische lagen: Maakt een hoge reflectiviteit mogelijk over een breed spectrum.
Deze coatings vervullen verschillende functies. De term "volledig multi-gecoat" in de context van lenzen garandeert niet automatisch de aanwezigheid van fasecorrectie- of diëlektrische coatings op de prisma's.
Hydrofobe en oleofobe behandelingen
Buitenoppervlakken kunnen extra coatings krijgen die water, vet en vuil afstoten. Deze behandelingen hebben niet dezelfde functie als een antireflecterende meerlaagse coating, hoewel ze wel in hetzelfde systeem kunnen worden geïntegreerd.
Een hydrofobe coating kan:
- de stroom van waterdruppels bevorderen;
- Verminder de hechting van vuil;
- Maak schoonmaken gemakkelijker;
- Beperk het gebruik van vingerafdrukken;
- Bescherm de onderliggende optische lagen.
Het levert echter geen perfect scherp beeld op bij hevige regen en is geen vervanging voor goede lensbescherming.
Antikrasbehandelingen
Sommige systemen hebben een slijtvastere buitenlaag. Geen enkele coating maakt een lens echter volledig krasbestendig.
Zand- en mineraalstofdeeltjes kunnen harder zijn dan de oppervlaktelaag. Door ze met een doek te wrijven, kunnen er permanente microkrasjes ontstaan.
De opgegeven weerstand moet ook worden onderscheiden van de hardheid van het onderliggende glas. Een dunne coating kan beschermen tegen lichte slijtage, maar niet tegen stoten of contact met scherpe voorwerpen.
Meerlaagse coating in thermische optica
Lenzen voor warmtebeeldcamera's zijn ook voorzien van meerlaagse antireflectiecoatings, maar deze zijn ontworpen voor andere lichtbanden dan zichtbaar licht.
Een germaniumlens die bestemd is voor een LWIR-sensor moet voornamelijk straling doorlaten in het bereik van ongeveer 8 tot 14 micrometer . De materialen en coatingdiktes zijn daarom anders dan die gebruikt worden voor verrekijkers of een spotting scope voor overdag.
De zichtbare kleur van de behandeling die op germanium wordt toegepast, geeft niet direct de effectiviteit ervan in het infraroodspectrum aan.
Meerlaagse coating in laser afstandmeters
Een afstandsmeter moet zowel het voor de waarneming gebruikte licht als de lasergolflengte doorgeven. De behandeling is daarom ontworpen om beide functies te verwerken.
Een lage transmissie in de laserband kan de hoeveelheid energie die het doel bereikt of naar de sensor terugkeert verminderen, waardoor het bruikbare bereik en het vermogen om slecht reflecterende oppervlakken te meten worden beïnvloed.
Meerlaagse coating en schemerzicht
Tijdens de schemering neemt de hoeveelheid beschikbaar licht af en verandert de kleurgevoeligheid van het oog. Een goede meerlaagse coating helpt licht en contrast te behouden, maar kan geen extra helderheid genereren.
De prestaties zijn afhankelijk van de combinatie van:
- transmissie van het gehele systeem;
- lensdiameter;
- uitbreiding;
- uittredepupil;
- intern contrast;
- kwaliteit van het oog van de gebruiker;
- weersomstandigheden.
De zogenaamde schemeringsfactor is een geometrische waarde die wordt berekend op basis van de vergroting en de lensdiameter. Hierbij wordt geen rekening gehouden met de kwaliteit van het glas, de lichttransmissie of de effectiviteit van de coatings.
Bestand tegen veranderingen in luchtvochtigheid en temperatuur.
Jachtoptiek wordt gebruikt in regen, sneeuw, kou en bij grote temperatuurschommelingen. De coating moet goed aan het glas hechten en zijn eigenschappen in de loop der tijd behouden.
Een hoogwaardige meerlaagse coating is ontworpen en getest om bestand te zijn tegen:
- vochtigheid;
- thermische cycli;
- condensatie;
- herhaaldelijk schoonmaken;
- blootstelling aan zonlicht;
- matige schaafwonden;
- verontreiniging door oliën en organische resten.
Waterdichtheid en interne vulling met droog gas voorkomen condensvorming in het instrument, maar dit zijn eigenschappen die losstaan van de lenscoating.
Hoe maak je een lens met meerdere coatings schoon?
Bij het schoonmaken moet worden voorkomen dat schurende deeltjes op het oppervlak terechtkomen.
De algemene procedure omvat:
- Verwijder stof met een luchtpomp;
- Gebruik indien nodig een zeer zachte optische borstel;
- Breng een speciale lensvloeistof aan op het doekje en niet rechtstreeks op de lens;
- Veeg voorzichtig af met een schone microvezeldoek;
- Vermijd krachtige bewegingen en overmatige druk;
- Laat het oppervlak drogen voordat je de lenskapjes aanbrengt.
Gebruik geen gewoon papier, vuile doeken, huishoudelijke schoonmaakmiddelen, agressieve oplosmiddelen of schurende producten. Zelfs herhaald contact met uw vingers kan vettige resten achterlaten die moeilijk te verwijderen zijn.
Hoe beoordeel je meerlaagse coatings?
Consumenten kunnen de samenstelling van de coating zelden rechtstreeks analyseren. Ze kunnen echter wel het algehele gedrag van de lens beoordelen door het volgende te observeren:
- contrast van de achtergrondverlichting;
- aanwezigheid van spookbeelden;
- kleurechtheid;
- leesbaarheid van details in de schaduwen;
- beelduniformiteit;
- kwaliteit aan de randen van het veld;
- schoonmaakgemak;
- resistentie van de behandeling in de loop van de tijd.
De zwakte of kleur van de frontale reflectie is onvoldoende om een optisch instrument te classificeren. De beoordeling moet plaatsvinden onder realistische omstandigheden, bij voorkeur door instrumenten met een vergelijkbare vergroting en diameter te vergelijken.
Voordelen van meerlaagse coating
- verhoogde lichtdoorlatendheid;
- vermindering van interne reflexen;
- contrastversterking;
- verminderde ghosting;
- betere leesbaarheid bij weinig licht;
- mogelijke verbetering van de kleurechtheid;
- superieure prestaties bij schemering;
- Mogelijkheid om hydrofobe en krasbestendige bescherming te integreren.
Beperkingen en aspecten om te overwegen
- De term 'multicoating' betekent niet automatisch dat alle oppervlakken behandeld zijn;
- Er bestaat geen uniforme commerciële standaard voor coupures;
- Het aantal lagen alleen bepaalt niet de kwaliteit;
- De kleur van de reflecties geeft geen indicatie van de transmissie;
- Behandelingen kunnen beschadigd raken door onjuiste reiniging;
- De coating corrigeert geen optische ontwerpfouten;
- De transmissie moet betrekking hebben op het gehele systeem;
- Zichtbare en infraroodcoatings zijn niet uitwisselbaar.
final Gedachten
Meerlaagse coating is een van de belangrijkste elementen voor de kwaliteit van een spotting scope, verrekijker of afstandsmeter. Door de reflectie van licht op de vele interne oppervlakken te verminderen, verbetert het de lichttransmissie, het contrast en de leesbaarheid van het beeld.
De aanwezigheid van het woord "multi-coated" is echter op zich niet voldoende om een instrument te beoordelen. Het is noodzakelijk om te kijken naar het aantal behandelde oppervlakken, de efficiëntie over het gehele spectrum, de weerstand van de coating en de algehele kwaliteit van het optische ontwerp.
Een goed ontworpen meerlaagse coating werkt samen met het glas, de prisma's, de openingen en de lensgeometrie. Het is deze integratie, meer dan het opgegeven aantal lagen of de kleur van de reflecties, die de daadwerkelijke prestaties van de optiek onder jachtomstandigheden bepaalt.
